Biotechnologie und Produktionstechnik für eine nachhaltige Wertschöpfung

Nachhaltige Wertschöpfung, die ohne Verzicht auskommt und die knappen Ressourcen unserer Erde schont, ist wahrscheinlich die drängendste Aufgabe des 21. Jahrhunderts. Auf dem Weg in eine Kreislaufwirtschaft bleiben schrittweise Optimierungen wichtig, doch ohne bahnbrechende Innovationen wäre das Tempo unzureichend.

Ein besonders vielversprechender Ansatz ist Biomanufacturing, eine noch junge Disziplin, die Wissen und Methoden aus Produktionstechnik, Biotechnologie und Biologie zusammenführt: Sie kombiniert z.B. biotechnologische Verfahren mit den Kompetenzen von Industrie 4.0, um fossile Materialien zu substituieren und in großen Stückzahlen herzustellen.

Bio-basierte Kühlschmierstoffe: leistungsstarke Alternativen

Metallzerspanungsprozesse gehen mit hohen thermomechanischen Belastungen einher und erfordern Kühl- und Schmierlösungen, um die Reibung zwischen Werkzeug und Werkstück zu minimieren. Kommen dabei mineralölbasierte Kühlschmierstoffe zum Einsatz, tragen diese erheblich zum CO₂-Fußabdruck der Produktion bei. Eine Studie des Fraunhofer IWU bestätigt die Eignung wassermischbarer Emulsionen auf Basis von Pflanzenölen für Fräsarbeiten an Stählen für den Flugzeugbau.

Sie nimmt die Reibungsbedingungen in der Kontaktzone zwischen der Werkzeugschneide und dem Werkstück, Prozesskräfte und den resultierenden Werkzeugverschleiß als technische Leistungsindikatoren der Kühlschmierstoffe während der Bearbeitung in den Blick. Im Ergebnis belegt die Studie das große Potenzial bio-basierter Kühlschmierstoffe als leistungsstarke Alternative zu konventionellen Kühlschmierstoffen.

Innovative Gewebetechnik für medizinische Behandlungen und zur Einschätzung der Wirkung von Medikamenten auf den menschlichen Körper

Zukunftsweisende Veröffentlichungen im Rahmen der Konferenz zeigen das Potenzial von Gewebetechnik und In-vitro-Modellen für die Entwicklung wirksamer medizinischer Behandlungen und die Untersuchung von Arzneimittelwirkungen auf den menschlichen Körper. Eine auf der BioM präsentierte Studie belegt das Potenzial gewebetechnisch hergestellter Bypässe zur Behandlung von Erkrankungen, die das Herz und die Blutgefäße betreffen. Im Fokus stehen Verträglichkeit und Wirksamkeit der Bypässe. Eine weitere Veröffentlichung beschäftigt sich mit der Bedeutung von In-vitro-Lebermodellen in der frühen Arzneimittelentwicklung, mit dem Ziel, eventuell schädliche Wirkungen von Medikamenten besser abschätzen und frühzeitig die Zusammensetzung von Präparaten korrigieren zu können.

Verbundwerkstoffe auf Basis von Pilzmyzel: vielversprechende Materialklasse

Produkte wie veganes Leder zeigen bereits, dass ein Verzicht auf tierische Ausgangsprodukte und Kunststoffe auf Erdölbasis durchaus möglich ist. Der Sprung zum Ingenieurswerkstoff erfordert jedoch, dass Wachstums- und Produktionsprozesse innerhalb anspruchsvoller Qualitätsanforderungen reproduzierbar sein müssen. Je nach Zusammensetzung des Substrats, Art des Pilzes und den Wachstumsbedingungen können dann verschiedene Eigenschaften des späteren Produkts während des Wachstums gezielt eingestellt werden.

Cyber-physische (digitalisierte) Produktionssysteme haben das Potenzial, diesen Qualitätsanforderungen gerecht zu werden, indem sie beispielsweise Qualitätsschwankungen des Rohmaterials und mögliche Störungen in den Produktionsprozessen ausgleichen. Pilzmyzelwerkstoffe und deren Produktion entwickeln sich zu einem neuen Forschungsschwerpunkt am Fraunhofer IWU.

Vom 11. bis 13. Juni 2024 veranstaltet das Fraunhofer IWU in Dresden die CIRP BioM, die bedeutendste internationale Tagung für Biomanufacturing und verwandte Gebiete. Führende internationale Experten aus Wissenschaft und Industrie stellen in Dresden gemeinsam mit Forschenden des IWU neueste Forschungsergebnisse und Fortschritte im Bereich des Biomanufacturing vor.

Verschiedenste Themen aus der Schnittstelle zwischen Produktionstechnik und Biotechnologie stehen auf der Agenda. Dazu zählt beispielsweise auch der Umgang mit menschlichem Gewebe, weshalb der angrenzende Bereich der Medizintechnik ebenfalls auf der Konferenz intensiv diskutiert wird und so den Menschen in den Fokus der biobasierten Produktion rückt.

Zu den Keynote-Speakern zählen Prof. Fengzhou Fang (Tianjin University/China), Präsident der internationalen Akademie der Produktionstechnik CIRP 2023-2024 und Dr.-Ing. Masahiko Mori, Präsident des Werkzeugmaschinenbauers DMG MORI COMPANY LIMITED. Die Konferenz bietet damit eine herausragende Austauschplattform für Experten aus Wissenschaft und Industrie und ist darüber hinaus ein idealer Einstiegspunkt für alle, die sich mit Biomanufacturing auseinandersetzen wollen. Nachfolgend einige Beispiele für Schwerpunktthemen der Konferenz.

» Informationen zur CIRP BioM

Quelle: Fraunhofer-Institut für Werkzeugmaschinen und Umformtechnik (IWU)